關(guān)于輸入濾波器的簡單設(shè)計

Frederik Dostal 現(xiàn)場應(yīng)用工程師，ADI 公司

所有作為開關(guān)模式電源的電源轉(zhuǎn)換器都引會起干擾。這種干擾主要是由開關(guān)頻率和開關(guān)轉(zhuǎn)換的高頻率引起的。在開關(guān)穩(wěn)壓器環(huán)境中，有三條干擾傳輸路徑：輻射發(fā)射、以及開關(guān)穩(wěn)壓器輸出側(cè)和輸入側(cè)上的傳導(dǎo)發(fā)射。

輻射發(fā)射在很大程度上取決于寄生元件，并可通過優(yōu)化的電路板布局降低。有種高度創(chuàng)新的方法是采用 Analog Devices 的開關(guān)穩(wěn)壓器，可使輻射發(fā)射降低達 40 dB (即 10,000 倍)，此類穩(wěn)壓器的運行依據(jù)是“silent switcher”原理。這里，脈沖輸入電流是非常對稱的，因此產(chǎn)生的電場在很大程度上相互抵消。

傳導(dǎo)發(fā)射可借助濾波器來降低。然而，有幾件事情是必需考慮的。不僅濾波器需要進行優(yōu)化以降低特定頻率范圍內(nèi)的噪聲，而且它還影響著整個電源的穩(wěn)定性。開關(guān)穩(wěn)壓器具有一定的輸入阻抗 ZIN。它必須高于輸入濾波器的輸出阻抗 ZOF。圖 1 的框圖顯示了這兩種阻抗。

圖 1. 使用一個輸入濾波器來降低傳導(dǎo)發(fā)射。

在濾波器設(shè)計中必須考慮這兩種阻抗。為了簡化設(shè)計工作，LTpowerCAD? 增加了一項新功能，LTpowerCAD 是 Analog Devices 提供的一款開關(guān)穩(wěn)壓器計算工具。LTpowerCAD 可從 Analog Devices網(wǎng)站免費下載，近十年來一直被認為是一款實用的開關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計工具。該工具最新增添的功能是“濾波器設(shè)計”。與線路電壓密切相關(guān)的關(guān)鍵共模噪聲并不是非常依賴寄生效應(yīng)，因此能夠可靠地計算，并且計算結(jié)果可很好地反映實際情況。圖 2 顯示了采用 LTpowerCAD 完成的開關(guān)穩(wěn)壓器計算 (在輸入側(cè)上布設(shè)一個優(yōu)化濾波器的情況下)。

圖 2. 使用濾波器時顯示具有 CISPR 25 B 類限制的傳導(dǎo)輻射計算。

如前文所述，不僅需要實現(xiàn)低于特定 EMI 規(guī)格等級的發(fā)射水平，而且，構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓器和濾波器的整體電路穩(wěn)定性也很重要。為此，必須使圖 1 所示的阻抗匹配。濾波器的輸出阻抗 ZOF(阻抗輸出濾波器) 必須低于濾波器的輸入阻抗 ZIN (阻抗輸入電源)。為確保這一點，LTpowerCAD 在圖 3 所示的簡圖中提供了這種計算和表示。

圖 3. 檢查各自的阻抗 ZIN 和 ZOF 以避免發(fā)生振蕩。

以前，有可用于開關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計的計算工具和仿真工具。還可以使用 LTpowerCAD 等計算工具來計算適當?shù)臑V波器，這種新方式非常適合最大限度降低開關(guān)模式電源中的傳導(dǎo)發(fā)射。

作者簡介

Frederik Dostal 曾就讀于德國埃爾蘭根-紐倫堡大學微電子專業(yè)。他的工作生涯始于 2001 年，從事電源管理業(yè)務(wù)，在不同的應(yīng)用職位上一直表現(xiàn)活躍，包括在亞利桑那州鳳凰城工作了四年，致力于開關(guān)模式電源的研發(fā)。他于 2009年加入 Analog Devices 公司，現(xiàn)擔任 Analog Devices 公司電源管理部現(xiàn)場應(yīng)用工程師，工作地點位于德國慕尼黑。